[发明专利]一种岩石三轴直接拉伸室内实验装置和方法

权利要求书

1.一种岩石三轴直接拉伸室内实验装置，其特征在于，包括底座，所述底座第一凸台表面顶部设置有围压筒，围压筒底端内壁与底座第二凸台外圆面贴合，围压筒顶部设置有围压盖板，围压筒通过顶部设置的围压盖板和底部设置的底座所形成的腔室为围压室，围压盖板、围压筒通过长拉杆螺栓将三者固定安装在底座第一凸台上表面，所述底座第三凸台上表面设置有试样下基座，试样下基座和底座第三凸台连接处设置有第一密封套，试样下基座顶部设置有岩石试样，岩石试样顶部设置有试样上基座，试样上基座、岩石试样和试样下基座外圆面套设有试样密封套，试样密封套表面设置有侧向变形量测计，所述试样上基座与试样下基座之间设置有轴向变形量测计，所述围压盖板中部开设有腔体，所述围压盖板中部贯穿有活塞，活塞的圆盘部分将腔体分为围压自平衡室和拉力施加室，活塞的圆柱部分底端与试样上基座凹槽槽底紧密贴合，活塞圆盘部分横截面面积与岩石试样横截面面积相等，且活塞与试样上基座通过拉杆固定安装，所述围压盖板上表面通过短螺栓与盖体固定安装，所述围压自平衡室与围压室通过管线和连通阀门相连通，所述围压盖板上分别设置有围压自平衡室入口和拉力施加室入口，所述底座上开设有围压室入口，围压室入口、围压自平衡室入口和拉力施加室入口上均设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种岩石三轴直接拉伸室内实验装置，其特征在于：所述底座由第一凸台、第二凸台和第三凸台组成，所述第一凸台顶部设置有第二凸台，第二凸台顶部设置有第三凸台，所述底座的第二凸台与围压室之间、所述活塞与围压盖板、盖体、试样上基座之间和所述盖体与围压盖板之间、围压筒与围压盖板之间均设置有密封圈。

3.一种岩石三轴直接拉伸室内实验的方法，采用权利要求1所述的一种岩石三轴直接拉伸室内实验装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，依据地下工程原位地应力，先确定三个主方向地应力值分别为竖向σ_h，水平向大主应力σ_H和水平向小主应力σ_v，后确定除了三个主方向地应力值以外的任一方向地应力值σ_i；

步骤2，首先将岩石三轴直接拉伸室内实验装置上的试样上基座和试样下基座拆下，其次将待测岩石试样的上下端部分别与试样上基座和试样下基座的中轴线对中后，通过强力胶水将三者粘接在一起，待强力胶水干燥后首先将试样密封套套在试样下基座、待测岩石试样和试样上基座外圆面上，其次在试样上基座和试样下基座之间安装轴向变形量测计，在试样密封套的外圆面设置有侧向变形量测计，最后将待测岩石试样、试样上基座、试样下基座、试样密封套和轴向变形量测计整体安装于岩石三轴直接拉伸室内实验装置中，最后安装围压筒和围压盖板；

步骤3，打开围压自平衡室入口上的阀门，并关闭围压自平衡室与围压室管线上的连通阀门，通过压力泵以固定流量将液压油经过围压自平衡室入口向围压自平衡室内施加液压，对活塞产生竖直向下的压力，当压力泵上的显示的压力值快速增加时，活塞与试样上基座紧密贴合，压力泵停止工作，并关闭围压自平衡室入口上的阀门，通过拉杆将活塞与试样上基座固定，打开围压自平衡室与围压室管线上的连通阀门，同时打开围压室入口上的阀门，通过第一伺服控制泵将液压油通过围压室入口处注入带围压室内，在围压室中对岩石试样产生围压，围压以一定压力梯度持续施加至设定值σ_h，其中部分液压油经过围压室和管线进入到围压自平衡室内，通过围压自平衡室对活塞产生竖直向下的压力，使围压室与围压自平衡室的竖直方向压力达到平衡状态时，此时围压室对岩石试样施加的围压及围压自平衡室对活塞的压力均为σ_h；

步骤4，通过第一伺服控制泵维持σ_h恒定，打开拉力施加室入口上的阀门，通过第二伺服控制泵将液压油经过拉力施加室入口向拉力施加室内施加液压，拉力施加室内产生的压力对活塞产生竖直向上的压力，活塞在压力的作用下逐渐向上运动，进而带动试样上基座逐渐向上运动，从而对岩石试样产生向上的轴向拉力，至岩石试样发生直接拉伸破坏，通过侧向变形量测计记录侧向应变，通过轴向变形量测计记录竖向应变，通过拉力施加室与σ_h之间的差值获得竖向应力，当拉力施加室内压力不断增大时，围压自平衡室内的液压油经过管线流入围压室，并返流回第一伺服控制泵，以维持σ_h恒定；

步骤5，根据获取的侧向应变、竖向应变和竖向应力的时间过程曲线，获得岩石试样的三轴拉伸破坏全过程的应力应变曲线，即应力应变曲线的峰值应力即为岩石试样在σ_h时的三轴抗拉强度，通过改变围压室对岩石试样施加的围压及围压自平衡室对活塞的压力为σ_H、σ_v或除了三个主方向地应力值以外的任一方向地应力值σ_i，重复步骤3-步骤5，获得压力σ_H，σ_v或σ_i作用下的三轴抗拉强度。